ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 629.7

Технічна механіка, 2021, 3, 48 - 56

МІНІМАКСНА МОДЕЛЬ ТРАНСПОРТНИХ ОПЕРАЦІЙ ЕКСТРЕНОГО ОРБІТАЛЬНОГО ОБСЛУГОВУВАННЯ НА СОНЯЧНО СИНХРОННИХ ОРБІТАХ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2021.03.048

Гольдштейн Ю. М.

Гольдштейн Ю. М.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України
Україна

      Сонячно синхронні орбіти характеризуються сприятливими для створення космічних систем властивостями. Внаслідок цього постійно зростає кількість функціонуючих на цих орбітах космічних апаратів. Для підвищення ефективності їх функціонування доцільно вчасно проводити орбітальне сервісне обслуговування, яке може бути як плановим, так і екстреним. Необхідність екстреного орбітального сервісного обслуговування космічних апаратів виникає у випадку непередбачених, позаштатних ситуацій з ними. По наявних статистичних оцінках позаштатні ситуації з обслуговуємими космічними апаратами, відбуваються не часто. Тому космічні апарати, що обслуговуються, повинні тривалий час перебувати в області досяжності сервісного космічного апарата. При плануванні екстрених орбітальних обслуговувань необхідно також задовольняти наступним обмеженням: не перевищувати припустимий час зближення сервісного космічного апарата з будь-яким з космічних апаратів, що обслуговується, і одночасно не перевищувати припустимі енергетичні витрати сервісного космічного апарата. В роботі розглянуто задачу пошуку припустимих за часовими і енергетичними обмеженнями екстрених орбітальних обслуговувань, що задовольняють технічним і економічним обмеженням. Метою роботи є розробка оптимізаційної математичної моделі з обмеженнями для вибору параметрів орбіти фазування, використання якої дозволяє мінімізувати максимальний час виконання транспортних операцій екстреного орбітального сервісного обслуговування групи космічних апаратів в області сонячно синхронних орбіт. Методом розв'язку задачі є мінімаксна оптимізація з обмеженнями. Новизна отриманих результатів полягає у формулюванні мінімаксного (гарантуючого) критерію для вибору параметрів орбіти фазування, використання якої дозволяє мінімізувати максимальний час реалізації транспортних операцій екстреного орбітального обслуговування. При мінімаксному підході задача оптимізації формулюється як задача пошуку такого найкращого розв’язку, який гарантує досягнення результату за будь-яких наборів невизначених факторів з числа допустимих. Розроблена математична модель може знайти застосування при плануванні екстрених орбітальних сервісних операцій для мінімізації максимального часу виконання транспортних операцій екстреного сервісного обслуговування за рахунок спеціального вибору параметрів орбіт фазування і базування сервісного космічного апарата.
     

багаторазовий космічний апарат, мінімаксна оптимізація, орбіта базування, орбітальне сервісне обслуговування

1. Бакарас И. Е. Интервью агентству ТАСС. 13 05 2021 г. URL: https://www.roscosmos.ru/31034 (дата звернення 16.06.2021).

2. Иванова В. И., Шептун А. Д. Обеспечение максимальной стабильности условий дистанционного зондирования земли без коррекции орбиты. Космічна наука і технологія. 2016. Т. 22. № 2. С. 38–47. https://doi.org/10.15407/knit2016.02.038

3. Razoumny Yu. N., Razoumny V. Yu., Spencer D. B., Agrawal B., Kreisel J., Yasaka T. et al. The concept of on-orbit-servicing for next generation space system development and its key technologies. Proceedings of the 68th International Astronautical Congress IAC. 2017. Vol. 16. P. 10486–10499.

4. Razoumny Yu., Razoumny V., Baranov A., Varatharajoo R., Kozlov P. Method of optimization of the servicing space-based system orbits and detached units maneuveres parameters in the problem of on-orbit-servicing of the given multi-satellite space infrastructure. Proceedings of the 67th International Astronautical Congress IAC. 2016. 8 p.

5. Chen H., Ho K. Integrated space logistics mission planning and spacecraftdesign with Mixed-Integer Nonlinear Programming. Journal of Spacecraft and Rockets. 2018. Vol. 55. №. 2. P. 365–381. https://doi.org/10.2514/1.A33905

6. Sullivan B. R., Akin D. L., Roesler G. A parametric investigation of satellite servicing requirements, revenues, and options in geostationary orbit. AIAA SPACE 2015 Conference and Exposition. 2015. AIAA. Paper 4477. https://doi.org/10.2514/6.2015-4477

7. Аlpatov A. P., Holdstein Y. M. On the choice of the ballistic parameters of an on-orbit service spacecraft. Технічна механіка. 2019. № 1. С. 25–37. https://doi.org/10.15407/itm2019.01.025

8. Сердюк В. К., Толяренко Н. В., Хлебников Н. Н. Транспортные средства обеспечения космических программ. Ракетостроение и космическая техника: ВИНИТИ. 1990. Т. 11. 275 p.

9. Васин А. И., Коротеев А. С. , Ловцов А. С. Обзор работ по электроракетным двигателям в Государственном научном центре ФГУП “Центр Келдыша”. Электронный журнал. Труды МАИ. Вып. 60. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=35335 (дата звернення 16.04.2021).

10. Kim V. Stationary plasma thrusters in Russia: problems and perspectives. Электронный журнал. Труды МАИ. Вып. 60. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=35422 (дата звернення 12.04.2021).

11. Brayton R.K., Director S.W., Hachtel G.D, Vidigal L. A new algorithm for statistical circuit design based on quasi-Newton methods and function splitting. IEEE Transactons on. circuits and systems. 1979. Vol. CAS-26. P. 784–794. https://doi.org/10.1109/TCS.1979.1084701

Copyright (©) 2021 Гольдштейн Ю. М.

Copyright © 2014-2021 Технічна механіка